(57)【要約】 【課題】  厚みの薄い単結晶基板を用いた場合でも、エピタキシャル成長工程での単結晶基板にかかる歪みを抑えることができる、エピタキシャル成長用サファイヤ基板を提供すること。【解決手段】  単結晶サファイヤ母材１上に単結晶酸化ニッケル薄膜２を成膜させる工程と、該単結晶酸化ニッケル薄膜２上に薄型単結晶サファイヤ基板３を成膜させる工程と、該薄型単結晶サファイヤ基板３と該単結晶サファイヤ母材１とを分離する工程を含むことを特徴とする、薄型単結晶サファイヤ基板３の成長方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶サファイヤ母材上に単結晶酸化ニッケル薄膜を成膜させる工程と、
該単結晶酸化ニッケル薄膜上に薄型単結晶サファイヤ基板を成膜させる工程と、
該薄型単結晶サファイヤ基板と該単結晶サファイヤ母材とを分離する工程を含むことを特徴とする、
薄型単結晶サファイヤ基板の成長方法。
【請求項２】
薄型単結晶サファイヤ基板の厚さが１５０μｍ以下であることを特徴とする、
請求項１に記載の薄型単結晶サファイヤ基板の成長方法。
【請求項３】
該薄型単結晶サファイヤ基板と該単結晶サファイヤ母材とを分離する工程が、
水素雰囲気下における熱処理を含むことを特徴とする、
請求項１または２に記載の薄型単結晶サファイヤ基板の成長方法。
【請求項４】
単結晶サファイヤ母材上に単結晶酸化ニッケル薄膜を有し、
該単結晶酸化ニッケル薄膜上に薄型単結晶サファイヤ基板を有することを特徴とする、
エピタキシャル成長用基板。
【請求項５】
薄型単結晶サファイヤ基板の厚さが１５０μｍ以下であることを特徴とする、
請求項４に記載のエピタキシャル成長用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型サファイヤ基板の製造方法に関し、特に、母材上に単結晶からなるバッファ層を形成し、該バッファ層上に薄型サファイヤ基板を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在サファイヤ単結晶基板は、エピタキシャル成長用の基板として広く用いられている。特に最近では、例えば窒化ガリウムをはじめとした窒化物半導体のエピタキシャル成長用基板として注目されている。しかし窒化物半導体を成長させるサファイヤ基板は六方晶系で劈開性を有しないため、スクライブによる分割の都合上、薄い基板を用いることが求められている。また、窒化物単結晶以外においても、近年の半導体素子の小型化などを背景にして、より薄いサファイヤ基板を用いることが求められている。
【０００３】
しかし、ＣＶＤをはじめとしたエピタキシャル成長工程においては、加熱・冷却時にサファイヤ基板が受ける熱に偏りが生じる。特に薄いサファイヤ基板を用いた場合には、熱の偏りがサファイヤ基板そのものの歪みの原因となり、これが熱の偏りをさらに助長させる。こうした熱の偏りは、基板内部での成膜条件の偏りとなり、ひいては製品である半導体素子の品質を不安定にする要因となる。
【０００４】
サファイヤ基板の歪みを防ぐ方法として、例えば窒化ガリウム系化合物において、従来から３５０μｍ以上の厚みのサファイヤ基板に窒化物半導体層を積層後、サファイヤ基板の厚みが１００〜２５０μｍになるまで研磨を行い、その後スクライブを行う方法が知られている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１６６９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術のように、サファイヤ基板に半導体層をエピタキシャル成長させた後に、サファイヤ基板を研磨して所望の厚さまで調整を行った場合、半導体層の積層後にサファイヤ基板を研磨する工程が新たに生じる。また、サファイヤ基板のコストも厚いものほど高くなるため、厚いサファイヤ基板を用いることは、半導体製品のコスト要因になるという問題点がある。
【０００７】
また研磨によっては、サファイヤ基板の厚さを１００μｍよりも薄く削ることは困難である。特に１００μｍよりも薄いサファイヤ基板の製造では、機械的強度が低いために研磨などの機械的な加工工程によって欠け・割れが発生し、歩留り率が低下するという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、第１には、エピタキシャル成長工程での単結晶基板にかかる歪みを抑えることができ、かつ厚みの薄いエピタキシャル成長用サファイヤ基板を提供することである。第２には、研磨などの機械的な加工工程によらない、薄型のサファイヤ基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、単結晶サファイヤ母材上に単結晶酸化ニッケル薄膜を成膜させる工程と、該単結晶酸化ニッケル薄膜上に薄型単結晶サファイヤ基板を成膜させる工程と、該薄型単結晶サファイヤ基板と該単結晶サファイヤ母材とを分離する工程を含むことを特徴とする、薄型単結晶サファイヤ基板の成長方法である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、薄型単結晶サファイヤ基板の厚さが１５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の薄型単結晶サファイヤ基板の成長方法である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加えて、該薄型単結晶サファイヤ基板と該単結晶サファイヤ母材とを分離する工程が、水素雰囲気下における熱処理によることを特徴とする、薄型単結晶サファイヤ基板の成長方法である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、単結晶サファイヤ母材上に単結晶酸化ニッケル薄膜を有し、該単結晶酸化ニッケル薄膜上に薄型単結晶サファイヤ基板を有することを特徴とする、エピタキシャル成長用基板である。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の構成に加えて、薄型単結晶サファイヤ基板の厚さが１５０μｍ以下であることを特徴とする、エピタキシャル成長用基板である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による薄型サファイヤ基板の製造方法によれば、単結晶サファイヤ母材に単結晶酸化ニッケル薄膜と薄型単結晶サファイヤ基板とを積層させることにより、薄型単結晶サファイヤ基板が単結晶酸化ニッケル薄膜によって補強されるため、薄型単結晶サファイヤ基板の歪みを抑え、ひいては製品である半導体素子の品質を安定化させることができるという効果を奏する。
【００１５】
また、該薄型単結晶サファイヤ基板と該単結晶サファイヤ母材とを分離することにより、研磨などの機械的な加工工程によらない、薄型単結晶サファイヤ基板の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本実施形態は、単結晶サファイヤ母材１と単結晶酸化ニッケル薄膜２を用いた、薄型単結晶サファイヤ基板３の形成方法に関するものである。
【００１７】
まず、単結晶サファイヤ母材１は（０００１）面を主面としたものを用い、平坦度Ｒａ＝０．１ｎｍ以下となるまで研磨を行った（図１（ａ））。そして研磨を行った単結晶サファイヤ母材１の主面上にバッファー層として単結晶酸化ニッケル薄膜２を成長させた（図１（ｂ））。成長方法としてはパルスレーザ堆積法（ＰＬＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、スパッタリング法、真空蒸着法などが好ましい。ここで、単結晶酸化ニッケル薄膜２は、ＲＨＥＥＤ、ＸＲＤなどの検査手段によって、単結晶薄膜であることを確認することができる。そして、この単結晶酸化ニッケル単結晶薄膜の膜厚は、３０ｎｍ程度が好ましい。
【００１８】
続いて、単結晶酸化ニッケル単結晶薄膜２の主面上に薄型単結晶サファイヤ基板３を成長させる（図１（ｃ））。サファイヤ薄膜の成長方法は、単結晶酸化ニッケル薄膜２と同様にＰＬＤ法、ＭＢＥ法、スパッタリング法、真空蒸着法などのように、より低温で成長できる手段を用いることが好ましい。ここで、成長した薄型単結晶サファイヤ基板３は、ＲＨＥＥＤ、ＸＲＤによってサファイヤ単結晶膜であることを確認することができる。そして、この薄型単結晶サファイヤ基板３の膜厚は、１０ｎｍ〜１００μｍ程度が好ましい。
【００１９】
単結晶サファイヤ母材１上の薄型単結晶サファイヤ基板３には、必要に応じて半導体層４を、単層または複数層エピタキシャル成長させることも可能である（図１（ｄ））。半導体層４の成長方法は、ＭＯＶＰＥ法を用いることが好ましい。ここで、薄型単結晶サファイヤ基板３を単独で得たい場合は、この手順は不要である。
【００２０】
必要に応じて半導体層４を成長させた薄型単結晶サファイヤ基板３について、単結晶サファイヤ母材１からのリフトオフ工程を行う。リフトオフ工程としては、水素雰囲気下における熱処理工程を含むことが好ましい。具体的には、薄型単結晶サファイヤ基板３の成長した単結晶サファイヤ母材１をサファイヤボート６に載置し、例えば電気炉などの加熱手段により、熱処理を行う（図２（ａ））。熱処理の温度は３００〜７００℃で、熱処理の時間は６０分以上であることが好ましい。このとき、単結晶サファイヤ母材１と薄型単結晶サファイヤ基板３は水素雰囲気では還元されないため、単結晶酸化ニッケル薄膜２のみが水素雰囲気によって徐々に還元され（図２（ｂ））、金属ニッケル５へと還元される（図１（ｅ）、図２（ｃ））。
【００２１】
還元後の金属ニッケル５は、酸などによって容易にエッチングすることができる。例えば、塩酸への浸漬によって金属ニッケル５は容易に溶解するため、それにより薄型単結晶サファイヤ基板３は単結晶サファイヤ母材１からリフトオフすることができ、薄型単結晶サファイヤ基板３を得ることができる（図１（ｆ））。一方で、リフトオフ後の単結晶サファイヤ母材１は、再度薄型単結晶サファイヤ基板３の成長用母材としての再使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る、薄型サファイヤ基板の製造方法を説明する図である。
【図２】本実施形態に係る、酸化ニッケル薄膜の水素による還元工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    単結晶サファイヤ母材
２    単結晶酸化ニッケル薄膜
３    薄型単結晶サファイヤ基板
４    半導体層
５    金属ニッケル
６    サファイヤボート
７    熱源
【図１】
2005343735.tif 000003
【図２】
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